Przejdź do treści
Jak dobieramy konstrukcję?

Jak dobieramy konstrukcję?

7 min czytania Administrator

Konstrukcja montażowa to układ nośny instalacji fotowoltaicznej. Jej zadaniem jest przeniesienie wszystkich sił działających na panele – ich ciężaru, naporu śniegu i wiatru – na elementy budynku, które mogą je bezpiecznie przyjąć. Jednocześnie konstrukcja nie może osłabić tego, co już istnieje: szczelności pokrycia i nośności więźby.

Konstrukcja montażowa to układ nośny instalacji fotowoltaicznej. Jej zadaniem jest przeniesienie wszystkich sił działających na panele – ich ciężaru, naporu śniegu i wiatru – na elementy budynku, które mogą je bezpiecznie przyjąć. Jednocześnie konstrukcja nie może osłabić tego, co już istnieje: szczelności pokrycia i nośności więźby.

Panele pracują zwykle 25–30 lat. Przez cały ten czas konstrukcja jest wystawiona na zmienne temperatury, wilgoć i cykliczne obciążenia. Dlatego jej dobór nie jest wyborem z katalogu, lecz wynikiem analizy konkretnego obiektu. W kolejnych rozdziałach omówiono zjawiska fizyczne, które o tym decydują, oraz sposób, w jaki uwzględniamy je podczas audytu instalacji PV.

Obciążenia działające na konstrukcję

Konstrukcję projektuje się na sumę kilku rodzajów obciążeń. Każde z nich ma inne źródło i inaczej rozkłada się na połaci dachu.

Ciężar własny. Typowy panel o mocy około 450 W waży ponad 20 kg, co odpowiada mniej więcej 11–13 kg na metr kwadratowy połaci. Jest to obciążenie stałe i stosunkowo niewielkie, ale działa przez cały okres eksploatacji.

Śnieg. W Polsce obciążenie śniegiem określa norma PN-EN 1991-1-3, która dzieli kraj na strefy. Wartość charakterystyczna na gruncie wynosi od około 0,7 kN/m² w strefie najniższej do 2 kN/m² i więcej w terenach górskich. Panele zatrzymują śnieg, a przy okapie mogą powstawać jego zaspy, dlatego szyny i mocowania muszą przenieść nacisk prostopadły do połaci.

Wiatr. Obciążenie wiatrem (PN-EN 1991-1-4) działa w dwóch kierunkach: jako parcie dociskające panel i jako ssanie, które próbuje go oderwać. Ssanie jest największe przy krawędziach i narożach dachu. Z tego powodu liczba punktów mocowania nie jest dowolna – wynika z wysokości budynku, jego otoczenia i położenia paneli na połaci.

Rozszerzalność cieplna. Aluminium, z którego wykonuje się szyny, wydłuża się pod wpływem temperatury.

Miejsce montażu i geometria instalacji

Ilość energii wytwarzanej przez panel zależy od kąta, pod jakim pada na niego promieniowanie słoneczne. W warunkach polskich najwyższy roczny uzysk daje położenie zbliżone do kierunku południowego i nachylenie rzędu 30–40°. Odchylenie od tych wartości nie wyklucza instalacji, lecz zmienia jej profil pracy: połacie wschodnia i zachodnia dają nieco mniej energii w skali roku, ale rozkładają produkcję na poranek i popołudnie.

Rodzaj podłoża określa, którą z tych zmiennych można kształtować:

Typ montażu

Geometria

Sposób przeniesienia obciążeń

Dach skośny

Panele równolegle do połaci – kąt i kierunek wyznacza dach

Szyny mocowane do konstrukcji dachu przez pokrycie

Dach płaski

Kąt nadaje konstrukcja; często niewielki, ok. 10–15°, ze względu na wiatr

Docisk balastem lub kotwienie do stropu; wymaga sprawdzenia nośności stropu

Grunt

Kąt i kierunek dobiera się swobodnie

Stelaż wbijany lub wkręcany w grunt; nośność gruntu ocenia Instalator

Na dachu płaskim i na gruncie panele stoją w kilku rzędach, które mogą się wzajemnie zacieniać. Odstęp między rzędami dobiera się do niskiego położenia słońca w miesiącach zimowych – w południe w grudniu wznosi się ono w Polsce zaledwie na kilkanaście stopni nad horyzont.

Styk konstrukcji z pokryciem dachu

Pokrycie dachu pełni funkcję przegrody wodoszczelnej, a nie elementu nośnego. Mocowanie musi więc przejść przez pokrycie albo obok niego i przekazać siły głębiej, do konstrukcji dachu, nie naruszając przy tym szczelności. Każdy rodzaj pokrycia rozwiązuje ten problem inaczej, dlatego to właśnie pokrycie w największym stopniu determinuje typ mocowania.

Pokrycie

Zasada mocowania

Dachówka ceramiczna i betonowa

Hak wsunięty pod dachówkę i przykręcony do krokwi; dachówka pozostaje nienaruszona

Karpiówka

Hak o kształcie dostosowanym do płaskiej, zakładkowej dachówki

Łupek

Hak przeznaczony do cienkich płytek łupkowych

Blachodachówka, gont bitumiczny

Śruba dwugwintowa przechodząca przez pokrycie, uszczelniona podkładką EPDM

Blacha trapezowa

Krótkie mostki przykręcane do blachy, przenoszące obciążenie na jej przetoczenia

Blacha na rąbek

Uchwyt zaciskany na rąbku – bez przebijania blachy

Papa, membrana (dach płaski)

Konstrukcja dociskana balastem lub kotwiona z obróbką hydroizolacji

odłoże nośne pod pokryciem

Siły zebrane przez szyny trafiają ostatecznie do konstrukcji dachu. To jej materiał decyduje, czym mocowanie zostanie zakotwione i jak głęboko.

Podłoże

Sposób zakotwienia

Krokwie drewniane

Wkręty w oś krokwi; najczęstszy układ w budownictwie jednorodzinnym

Strop lub płyta betonowa

Kotwy do betonu

Konstrukcja stalowa (płatwie)

Łączniki dobrane do profili stalowych

Pełne deskowanie bez dostępu do krokwi

Rozwiązanie dobierane indywidualnie po oględzinach

Rozstaw krokwi i ich przekrój wyznaczają miejsca, w których można osadzić mocowania. Jeśli właściciel nie zna budowy dachu, nie stanowi to przeszkody: Instalator ocenia ją podczas wizyty. Może się jednak okazać, że potrzebne są mocowania inne niż standardowe, co wydłuża czas przygotowania montażu.

Materiały i odporność na korozję

Konstrukcje dachowe wykonuje się przede wszystkim z aluminium i stali nierdzewnej. Aluminium jest lekkie i pokrywa się naturalną warstwą tlenku, która chroni je przed dalszą korozją. Haki, śruby i wkręty wykonuje się ze stali nierdzewnej, która zachowuje wytrzymałość w warunkach stałej wilgoci.

Połączenie dwóch różnych metali w obecności wody może wywołać korozję galwaniczną, w której jeden z nich ulega przyspieszonemu niszczeniu. Dlatego dobiera się pary materiałów o zbliżonym potencjale, a styki uszczelnia i izoluje podkładkami z gumy EPDM.

Kolor konstrukcji nie wpływa na jej wytrzymałość. Standardowe profile mają naturalny kolor aluminium. Przy panelach typu full black można zastosować konstrukcję czarną, która daje jednolity wygląd całej instalacji.

Rozmieszczenie paneli na połaci

Układ paneli wynika z wymiarów modułu podanych w karcie katalogowej, z ich liczby oraz z kształtu połaci. Na tej podstawie wyznacza się długość szyn, liczbę rzędów i punktów mocowania.

Stosuje się trzy podstawowe orientacje:

  • pionową, w której dłuższy bok modułu biegnie wzdłuż spadku dachu – najczęstszą na typowych połaciach;

  • poziomą, w której dłuższy bok biegnie wzdłuż okapu – korzystną na połaciach niskich i szerokich;

  • mieszaną, łączącą obie, gdy powierzchnię ograniczają okna, kominy lub nieregularny kształt dachu. Pierwszeństwo ma wówczas zmieszczenie zaplanowanej liczby modułów, a nie symetria układu.

Panele nie są rozmieszczane aż do samej krawędzi dachu. Strefy przy okapie, kalenicy i krawędziach bocznych są najbardziej narażone na ssanie wiatru, a pozostawiony margines ułatwia też serwis.

Z układem mechanicznym wiąże się układ elektryczny. Moduły połączone szeregowo w jeden łańcuch (string) powinny pracować w tych samych warunkach nasłonecznienia. Panele z połaci o różnej orientacji, np. wschodniej i zachodniej, łączy się więc w osobne łańcuchy, podłączone do oddzielnych wejść falownika.

Od teorii do praktyki: audyt i weryfikacja na miejscu

Opisane zjawiska przekładają się na konkretne pytania zadawane podczas audytu instalacji PV. Odpowiedzi właściciela budynku stanowią dane wejściowe do doboru konstrukcji, a Instalator potwierdza je w trakcie wizyty na obiekcie.

Zagadnienie

Ustalane w audycie

Weryfikowane przez Instalatora

Typ montażu

Dach skośny, płaski lub grunt

Warunki na miejscu, w tym rodzaj gruntu

Pokrycie

Rodzaj pokrycia i jego dobry stan techniczny

Stan pokrycia w miejscach mocowań

Podłoże nośne

Krokwie, beton, stal, deskowanie lub „nie wiem”

Budowa dachu i rozstaw krokwi

Panele

Model, liczba, liczba rzędów i orientacja

Wymiary połaci i ostateczny układ

Dostęp do dachu

Możliwość bezpiecznego wejścia i podania paneli

Sposób transportu, w razie potrzeby podnośnik

Instalacja o mocy powyżej 6,5 kWp wymaga dodatkowo zgłoszenia przeciwpożarowego. Niezależnie od mocy można zastosować przycisk PPOŻ, który pozwala straży pożarnej odłączyć instalację.

Przed audytem warto przygotować zdjęcia połaci, na których mają stanąć panele, ich orientacyjne wymiary, informację o rodzaju pokrycia oraz – jeśli to możliwe – zdjęcie więźby ze strychu lub projekt dachu.

Podsumowanie

Dobór konstrukcji montażowej to zadanie inżynierskie, w którym spotykają się mechanika, materiałoznawstwo i fizyka budowli. O ostatecznym rozwiązaniu decydują obciążenia klimatyczne w danej lokalizacji, rodzaj pokrycia i konstrukcji dachu, geometria połaci oraz wymagania elektryczne instalacji.

Dzięki temu, że większość tych informacji zbieramy już podczas audytu, a Instalator weryfikuje je na miejscu, konstrukcja jest dopasowana do budynku, zanim pierwszy panel trafi na dach.

Udostępnij:
Potrzebujesz pomocy? 💬